与光相互作用的能力为量子系统提供了重要的功能，如远距离通信。这是未来量子计算机的关键能力。然而，我们很难找到一种能够充分利用光的量子特性的材料。
最近，来自法国国家科学研究中心(CNRS)和斯特拉斯堡大学(UDS)的一个研究团队与德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的团队合作，展示了一种基于稀土的新材料在作为光子量子系统方面的潜力。研究结果于3月9日发表在《自然》杂志上，该工作说明了铕分子晶体能应用在量子存储器和量子计算机中。
尽管量子技术有望在未来掀起一场革命，但其实施起来仍然很复杂。例如，量子系统可以与光相互作用，特别是通过光纤创造信息和通信的处理能力。理想情况下，这样的平台必须包括光接口以及信息存储单元。这些单元内的信息处理也必须是可能的，这些单元利用的是自旋的形式。开发能够在量子水平上实现自旋和光之间建立联系的材料已被证明是特别困难的。
该研究团队成功地展示了铕分子晶体在量子通信和量子处理器中的价值，这要归功于它们超窄的光学跃迁可实现与光的最佳相互作用。这些晶体是已经在量子技术中被使用的两种材料体系的结合产物：稀土离子(如铕)和分子体系。
稀土晶体以其出色的光学和自旋特性而闻名，但把它们集成在光子器件中是非常复杂的。分子系统通常缺乏自旋(用来做存储或计算单元)，要么正相反，存在太宽的光线路，无法在自旋和光之间建立可靠的联系。
铕分子晶体代表了一项重大的进步，因为它们具有超窄的线宽。这能转化为长寿命的量子态，可用来演示在这些分子晶体中存储光脉冲。这种能用于量子技术的新材料提供了前所未有的特性，并为量子计算机和量子存储器的新架构铺平了道路，在这些新架构中，光将扮演着核心的角色。（编译:Qtech）